Ultraljudsteknik för tjockleksmätning
1. Behov av llitiumbatterielektrod mätning av nettobeläggning
Litiumbatteriets elektrod består av en kollektor och en beläggning på ytorna A och B. Beläggningens jämnhet i tjocklek är den viktigaste kontrollparametern för litiumbatteriets elektrod, vilket har en avgörande inverkan på säkerhet, prestanda och kostnad för litiumbatterier. Därför finns det höga krav på testutrustning under produktionsprocessen för litiumbatterier.
2. Röntgenöverföringsmetod mötainggränskapaciteten
Dacheng Precision är en ledande internationell leverantör av systematiska elektrodmätningslösningar. Med mer än 10 års forskning och utveckling har de en serie högprecisions- och högstabilitetsmätningsutrustning, såsom röntgen-β-ytdensitetsmätare, lasertjockleksmätare, CDM-tjockleks- och integrerad ytdensitetsmätare etc., som kan uppnå onlineövervakning av litiumjonbatteriers elektroders kärnindex, inklusive nettobeläggningsmängd, tjocklek, tjocklek på utspädningsområdet och ytdensitet.
Dessutom genomför Dacheng Precision förändringar inom tekniken för oförstörande testning och har lanserat Super X-Ray-ytdensitetsmätare baserad på halvledardetektorer i fast tillstånd och infraröd tjockleksmätare baserad på principen om infraröd spektral absorption. Tjockleken på organiska material kan mätas noggrant och noggrannheten är bättre än importerad utrustning.
Figur 1 Super X-Ray areadensitetsmätare
3. Ultraljudthäckhetmmätningtteknologi
Dacheng Precision har alltid varit engagerade i forskning och utveckling av innovativa tekniker. Utöver ovanstående lösningar för oförstörande provning utvecklar de även ultraljudsteknik för tjockleksmätning. Jämfört med andra inspektionslösningar har ultraljudsteknik för tjockleksmätning följande egenskaper.
3.1 Princip för ultraljudsmätning av tjocklek
Ultraljudsmätare mäter tjockleken baserat på principen för ultraljudspulsreflektionsmetoden. När ultraljudspulsen som avges av sonden passerar genom det uppmätta objektet och når materialgränssnitten, reflekteras pulsvågen tillbaka till sonden. Tjockleken på det uppmätta objektet kan bestämmas genom att noggrant mäta ultraljudets utbredningstid.
H=1/2*(V*t)
Nästan alla produkter tillverkade av metall, plast, kompositmaterial, keramik, glas, glasfiber eller gummi kan mätas på detta sätt, och det kan användas i stor utsträckning inom petroleum, kemi, metallurgi, varvsindustri, flyg, rymdfart och andra områden.
3.2Afördelarav digultraljudsmätning av tjocklek
Den traditionella lösningen använder stråltransmissionsmetoden för att mäta den totala beläggningsmängden och sedan använda subtraktion för att beräkna värdet av litiumbatteriets elektrodbeläggningsmängd. Medan ultraljudsmätare kan mäta värdet direkt på grund av den andra mätprincipen.
①Ultraljudsvågor har stark penetrabilitet på grund av sin kortare våglängd och är tillämpbara på ett brett spektrum av material.
② Ultraljudsljudstrålen kan koncentreras i en specifik riktning och den färdas i en rak linje genom mediet med god riktningsförmåga.
③ Det finns ingen anledning att oroa sig för säkerhetsproblemet eftersom den inte har någon strålning.
Trots att ultraljudsmätning av tjocklek har sådana fördelar, jämfört med flera tjockleksmätningstekniker som Dacheng Precision redan har lanserat, har tillämpningen av ultraljudsmätning av tjocklek vissa begränsningar enligt följande.
3.3 Användningsbegränsningar för ultraljudsmätning av tjocklek
①Ultraljudsgivare: ultraljudsgivaren, det vill säga ultraljudssonden som nämns ovan, är kärnkomponenten i ultraljudsmätare och kan sända och ta emot pulsvågor. Dess kärnindikatorer för arbetsfrekvens och tidsnoggrannhet avgör noggrannheten i tjockleksmätningen. Nuvarande avancerade ultraljudsgivare är fortfarande beroende av import från utlandet, vars priser är höga.
②Materialujämnhet: Som nämnts i grundprinciperna kommer ultraljud att reflekteras tillbaka på materialgränssnitten. Reflektionen orsakas av plötsliga förändringar i akustisk impedans, och den akustiska impedansens jämnhet bestäms av materialets jämnhet. Om materialet som ska mätas inte är jämnt kommer ekosignalen att producera mycket brus, vilket påverkar mätresultaten.
③ Ojämnhet: Ytjämnheten på det mätta objektet orsakar lågt reflekterat eko, eller till och med oförmåga att ta emot ekosignalen;
④Temperatur: ultraljudets kärna är att den mekaniska vibrationen hos mediepartiklarna fortplantas i form av vågor, vilka inte kan separeras från mediepartiklarnas interaktion. Den makroskopiska manifestationen av termisk rörelse hos mediepartiklarna själva är temperaturen, och termisk rörelse kommer naturligtvis att påverka interaktionen mellan mediepartiklarna. Därför har temperaturen stor inverkan på mätresultaten.
Vid konventionell ultraljudsmätning av tjocklek baserad på pulsekoprincipen kommer en persons handtemperatur att påverka sondens temperatur, vilket leder till att mätarens nollpunkt avviker.
⑤Stabilitet: Ljudvågor är den mekaniska vibrationen av mediepartiklar i form av vågutbredning. De är känsliga för extern störning, och den insamlade signalen är inte stabil.
⑥Kopplingsmedium: ultraljud dämpas i luften, medan det kan spridas väl i vätskor och fasta ämnen. För att bättre ta emot ekosignalen tillsätts vanligtvis ett flytande kopplingsmedium mellan ultraljudssonden och mätobjektet, vilket inte är gynnsamt för utvecklingen av automatiserade online-inspektionsprogram.
Andra faktorer, såsom ultraljudsfasomvändning eller distorsion, krökning, avsmalning eller excentricitet hos det mätta objektets yta, kommer att påverka mätresultaten.
Det kan ses att ultraljudsmätning av tjocklek har många fördelar. Emellertid kan den för närvarande inte jämföras med andra tjockleksmätningsmetoder på grund av dess begränsningar.
3.4UForskningsframsteg inom ultraljudsmätning av tjocklekavDachengPrecensering
Dacheng Precision har alltid varit engagerade i forskning och utveckling. Även inom området ultraljudsmätning av tjocklek har man gjort vissa framsteg. Några av forskningsresultaten visas nedan.
3.4.1 Experimentella förhållanden
Anoden är fixerad på arbetsbordet, och den egenutvecklade högfrekventa ultraljudssonden används för fastpunktsmätning.
Figur 2 Ultraljudsmätning av tjocklek
3.4.2 Experimentella data
Experimentdata presenteras i form av A-skanning och B-skanning. I A-skanningen representerar X-axeln ultraljudets överföringstid och Y-axeln representerar den reflekterade vågintensiteten. B-skanningen visar en tvådimensionell bild av profilen parallellt med ljudhastighetens utbredningsriktning och vinkelrätt mot den uppmätta ytan på det testade objektet.
Från A-skanningen kan man se att amplituden hos den returnerade pulsvågen vid övergången mellan grafit och kopparfolie är betydligt högre än hos andra vågformer. Tjockleken på grafitbeläggningen kan erhållas genom att beräkna ultraljudsvågens akustiska väg i grafitmediet.
Totalt 5 datatestningar gjordes vid två positioner, punkt 1 och punkt 2, och grafitens akustiska vägvidd vid punkt 1 var 0,0340 us, och grafitens akustiska vägvidd vid punkt 2 var 0,0300 us, med hög repeterbarhetsprecision.
Figur 3 A-skanningssignal
Figur 4 B-scan-bild
Fig. 1 X=450, YZ-plan B-skanningsbild
Punkt1 X=450 Y=110
Akustisk väg: 0,0340 us
Tjocklek: 0,0340 (us) * 3950 (m/s) / 2 = 67,15 (μm)
Punkt2 X=450 Y=145
Akustisk väg: 0,0300us
Tjocklek: 0,0300 (us) * 3950 (m/s) / 2 = 59,25 (μm)
Figur 5 Tvåpunktstestbild
4. Ssammanfattningav llitiumbatterielektrod teknik för mätning av nätbeläggning
Ultraljudsteknik, som ett av de viktigaste medlen inom icke-förstörande testteknik, tillhandahåller en effektiv och universell metod för att utvärdera mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna hos fasta material, och för att detektera deras mikro- och makrodiskontinuiteter. Inför efterfrågan på automatiserad online-mätning av nettobeläggningsmängden av litiumbatterielektroder har strålöverföringsmetoden fortfarande en större fördel för närvarande på grund av ultraljudets egenskaper och de tekniska problem som ska lösas.
Dacheng Precision, som expert på elektrodmätning, kommer att fortsätta bedriva djupgående forskning och utveckling av innovativa tekniker, inklusive ultraljudsbaserad tjockleksmätningsteknik, vilket bidrar till utvecklingen och genombrotten inom oförstörande provning!
Publiceringstid: 21 sep-2023
